Gain-of-function mutaties van NOD2 in Blau syndroom en early-onset sarcoïdose: onderzoek van immunologische en moleculaire mechanismen.

Het doel van deze studie is het ontdekken van genetische varianten verantwoordelijk voor primaire immuundeficiënties (PIDs) en/of autoimmune/autoinflammatoire ziekten in pediatrische patiënten. Alhoewel deze immunologische ziekten zelden voorkomen in kinderen, gaan ze gepaard met belangrijke morbiditeit and mortaliteit en verminderde levenskwaliteit. De behandeling gaat vaak gepaard met ernstige nevenwerkingen en risico’s. Inzicht in de genetische oorzaak van pediatrische immuunziekten is belangrijk voor de diagnose en correcte behandeling van deze patiënten, en voor de ontwikkeling van nieuwe therapiën. In tegenstelling tot vaak voorkomende ziekten waarvan men veronderstelt dat ze multifactoriële oorzaken hebben, is het waarschijnlijker dat ernstige aandoeningen die ontstaan op kinderleeftijd het gevolg zijn van een mutatie in één enkel gen. Alhoewel deze monogenetische aandoeningen slechts een fractie van alle immunologische aandoeningen vormen, kunnen ze inzicht verschaffen in de mechanismen die bijdragen aan het ontstaan van vaak voorkomende ziektebeelden wanneer minder ingrijpende mutaties overgeerfd worden. Daarnaast dragen genetische studies op patiënten met ernstige immuunziekten ontstaan op kinderleeftijd ook bij tot een beter begrip van het normaal functioneren van het gezonde menselijke immuunsysteem.

Om de bijdrage van nieuwe genen in ernstige immuunziekten te verduidelijken, werd volgende methodologie gebruikt: 1) identificatie van een kandidaat gen variant door middel van whole-exome sequencing, 2) gedetailleerde studie van het perifere immuunsysteem om inzicht te verwerven in mechanismen die een rol kunnen spelen in de ziekte, en 3) aantonen van de oorzakelijke rol van een mutatie in de pathogenese van de ziekte door middel van functionele testen. Deze aanpak werd succesvol toegepast om mutaties te identificeren in drie verschillende genen verantwoordelijk voor ernstige immuunziekten in kinderen afkomstig van vier niet-verwante families.

We ontdekten een de novo mutatie in IFIH1 in een meisje van 16 jaar oud met een ernstige en therapie-resistente vorm van systemische lupus erythematosus (SLE), IgA-deficiëntie and spasticiteit van de onderste ledematen zonder neuroradiologische manifestaties. Dezelfde mutatie werd recent ontdekt in patiënten met Aicardi-Goutières syndroom (AGS), een zeldzame neuroimmunologische hersenaandoening die gepaard gaat met verhoogde waarden van type I interferon (IFN) en aanleiding geeft tot een ernstige encephalopathie, alsook in twee gezonde familieleden. De mutatie in IFIH1 leidt tot toegenomen activatie van het IFIH1 proteïne, dat viraal RNA herkent en leidt tot de productie van type I IFN. Deze bevindingen tonen aan dat het ziektebeeld geassocieerd aan mutaties in IFIH1 kan variëren van asymptomatisch tot een ernstige inflammatoire encephalopathie tot een typische systemische autoimmuunziekte.

We ontdekten ook recessief overgeërfde mutaties in CECR1, een gen dat het enzyme ADA2 codeert, in 1) een jongen van 9 jaar oud met de ziekte van Castleman en 2) twee broers (< 5 jaar) met gecombineerde immuundeficiency (CID), lymphoproliferatie, autoimmuniteit en vasculopathie. Mutaties in CECR1 die aanleiding geven tot inactief ADA2 enzyme werden recent gevonden in patiënten met systemische inflammatie, systemische vasculopathie onder de vorm van herhaalde beroertes op kinderleeftijd, livedo reticularis of vasculitis, hepatosplenomegalie, hypogammaglobulinemie en lymphopenie. In beide families werd inactiviteit van het ADA2 enzyme in plasma aangetoond en verhoogde waarden van IL-6 werden gevonden in de drie patiënten. In de patiënt met de ziekte van Castleman, leidde een behandeling met IL-6-blokkade tot volledige controle van het klinisch ziektebeeld en van de afwijkende laboratoriumwaarden. In het oudste kind met CID, leidde een allogene hematopoietische stamcel transplantatie van een gezonde broer tot herstel van de ADA2 enzyme activiteit in plasma, genezing van de immuunziekte en preventie van nieuwe beroertes. Deze bevindingen suggereren dat de diagnose van ADA2-deficiëntie ook mogelijk is voor patiënten met systemische inflammatie zonder vasculopathie, of voor patienten met een niet-gediagnosticeerde PID met lymphoproliferatie en autoimmuniteit, zonder overte vasculopathie of inflammatie.

We ontdekten ook recessief overgeërfde mutaties in STAT2 in een broer en zus die meerdere ernstige virale infecties doormaakten. Afwezige STAT2 expressie, falende signalisatie via the type I IFN pathway en verhoogde gevoeligheid van STAT2-deficiënte fibroblasten aan virale infecties in vitro. STAT2 deficiëntie was eerder beschreven in twee families met ernstige virale infecties, en deze derde familie bevestigt het klinisch beeld. Alle patiënten ontwikkelden een ernstige mazeleninfectie na vacccinatie, en dit kan mogelijk beschouwd worden als een waarschuwingsteken. Alhoewel het merendeel van de virale infecties op kinderleeftijd mild verliep in de twee andere families, lijkt het ziektebeeld ernstiger te zijn in onze patiënten. In alle families werd een afname van de ernst en frequentie van de virale infecties geobserveerd met toenemende leeftijd, waarschijnlijk ten gevolge van maturatie van het adaptief immuunsysteem. Toch overleed de oudere broer op de leeftijd van 7 jaar aan een ernstige virale infectie geassocieerd met immuun dysregulatie en diffuse intravasculaire coagulopathie. Dit toont aan dat STAT2-deficiënte patiënten nog steeds risico lopen op dodelijke virale infecties op latere leeftijd. In de jongere zus werd een goed effect van behandeling met hoge dosis intraveneuse immuunglobulines geobserveerd tijdens ernstige virale infecties met tekens van coagulopathie en immuundysregulatie.